一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，用于在電池供電的電子設(shè)備中。此電路包括一個(gè)為電子設(shè)備供電的電源。電池充電電路控制電源輸出的一個(gè)輸出電流或其他參數(shù)。反饋電路調(diào)節(jié)電池充電電路的輸出，使輸出電流或其他參數(shù)被保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及為便攜式電子設(shè)備提供電源的方法和電路。更具體地，本發(fā)明涉及電池充電電路。其特征在于，上述電池的充電電流可以被調(diào)節(jié)到一個(gè)限制值。
【背景技術(shù)】:
[0002]社會(huì)流動(dòng)性的增強(qiáng)為便攜式電池供電的電子設(shè)備，如筆記本電腦、攝像機(jī)和移動(dòng)電話(huà)創(chuàng)造了巨大的市場(chǎng)。集成電路技術(shù)的發(fā)展不斷縮小電子設(shè)備的尺寸和對(duì)功率的要求，使移動(dòng)電池電源取代“有線(xiàn)”電源成為迫切的要求。
[0003]一般情況下，電池是安全、結(jié)構(gòu)緊湊、便攜和方便的，從而使它們適合用于便攜式電子設(shè)備。過(guò)去，為電子設(shè)備供電的電池的一個(gè)缺點(diǎn)是需要頻繁更換不可充電的電池，這造成了成本和不便的問(wèn)題?？沙潆婋姵卦诤艽蟪潭壬峡朔祟l繁更換電池的缺點(diǎn)，但仍需要頻繁充電。
[0004]某些便攜式電子設(shè)備的內(nèi)部有集成的電池充電電路，從而使電池在不從設(shè)備中取出的情況下也可以充電。例如，許多筆記本電腦包含為電池充電的電路，當(dāng)筆記本電腦連接到一個(gè)外部電源時(shí)，此電路就像一個(gè)AC/DC功率轉(zhuǎn)換器。這樣的功率轉(zhuǎn)換器通常提供一個(gè)有最大額定功率或電流的穩(wěn)定的輸出電壓。
[0005]上述具有充電功能的AC/DC功率轉(zhuǎn)換器可以被設(shè)計(jì)為便攜式電子設(shè)備的所有電路提供電源，同時(shí)為移動(dòng)設(shè)備的電池進(jìn)行充電。例如，一個(gè)筆記本電腦中的AC/DC功率轉(zhuǎn)換器可能被設(shè)計(jì)為提供最大50瓦的功率:其中20瓦的功率為筆記本電腦本身提供電能，其它30瓦的功率為筆記本電腦的電池充電。
[0006]然而，由于體積、重量和費(fèi)用的增加，設(shè)計(jì)的AC/DC功率轉(zhuǎn)換器可能工作在最壞功率負(fù)載情況下，這是我們不希望的。另外，如圖2A所示，功率轉(zhuǎn)換器的大部分功率可能被浪費(fèi)。使用上述的筆記本電腦為例，在電池充電期間，50瓦功率中的30瓦被浪費(fèi)，即60%的功率未被使用。
[0007]另外，在便攜式設(shè)備中其它電路的控制信號(hào)下，電池充電電路可能需要在任何一個(gè)數(shù)量級(jí)的功率電平上工作。這允許一個(gè)AC/DC功率轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)為具有僅稍大于便攜式電子設(shè)備需要的功率容量。例如，若一個(gè)筆記本電腦需要20瓦的功率，可以為其設(shè)計(jì)一個(gè)30瓦特的功率轉(zhuǎn)換器。如圖2B所示，當(dāng)筆記本電腦處于空閑狀態(tài)時(shí)，處理器可為電池充電電路提供一個(gè)控制信號(hào)，讓它使用全部的30瓦功率為電池充電。相反，當(dāng)筆記本電腦正在被使用時(shí)，上述處理器可為電池充電電路提供一個(gè)控制信號(hào)，以限制可用的電池充電功率小于約10瓦。雖然在離散的水平上控制電池充電功率減少了功率的浪費(fèi),一部分AC/DC功率轉(zhuǎn)換器的功率仍可能沒(méi)有被利用。
[0008]便攜式電子設(shè)備采用了大量的節(jié)能技術(shù)，以減少它們的平均功耗。例如，一臺(tái)筆記本電腦在閑置期間可能會(huì)關(guān)閉其磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和顯示器，或減少主處理器的時(shí)鐘頻率。這樣的省電功能可能會(huì)使便攜式設(shè)備的平均使用功率遠(yuǎn)低于其峰值功率。如圖2B所示，除非電池充電電路可以在許多不同的功率電平下操作，一些功率可能仍無(wú)法被用于電池的充電而被浪費(fèi)。
[0009]功率不可被利用或因其他方式被浪費(fèi)導(dǎo)致了較大的AC/DC功率轉(zhuǎn)換器的使用，或增加了電池的充電次數(shù)。例如，一個(gè)設(shè)備需要在兩小時(shí)內(nèi)完全將電池充滿(mǎn)，如果一些功率被浪費(fèi)，就需要一個(gè)更大的AC/DC功率轉(zhuǎn)換器。由于一個(gè)AC/DC功率轉(zhuǎn)換器的尺寸和重量一般取決于其電容量，功率更大的電源通常比具有較低額定功率的功率轉(zhuǎn)換器體積更大、更重、更昂貴。
[0010]因此，需要提供使輸入功率得到有效利用，從而使功率轉(zhuǎn)換器的體積更小、重量更輕、成本更低，同時(shí)保持最佳的電池充電能力的電路。
[0011]當(dāng)移動(dòng)設(shè)備的功率負(fù)載比較低時(shí)，以較高的速率為電池充電；當(dāng)移動(dòng)設(shè)備的功率負(fù)載比較高時(shí)，以較低的速率為電池充電也是需要的。
[0012]此外，由于便攜式電子設(shè)備(如筆記本電腦)的功率需求，在不同情況下以不同的充電速率為電池充電，以更好地利用功率轉(zhuǎn)換器的功率也是需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0013]鑒于上述情況，本發(fā)明的第一個(gè)目的是為電池供電的電子設(shè)備提供更小、更輕、成本更低的外部電源轉(zhuǎn)換器電路。
[0014]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種充電電路，當(dāng)設(shè)備的功率負(fù)載比較低時(shí)，以較高的速率為電池充電；當(dāng)移動(dòng)設(shè)備的功率負(fù)載比較高時(shí)，以較低的速率為電池充電。
[0015]本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種充電電路，最大限度地利用為電池充電的外部電源轉(zhuǎn)換器的功率。
[0016]本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種充電電路，以不同的充電速率為電池充電，以防止功率轉(zhuǎn)換器的總功率超過(guò)一定的限制。
[0017]本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供一種充電電路，用于該電路充電的電池與其他任何一個(gè)電池的結(jié)構(gòu)并無(wú)區(qū)別。
[0018]這些目的和其它目的通過(guò)本發(fā)明提供的電池充電電路實(shí)現(xiàn)，該電路包括一個(gè)反饋控制環(huán)路，該環(huán)路控制充電速率以限制電源轉(zhuǎn)換器的輸出電流。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0020]本發(fā)明是一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，用于在電池供電的便攜式電子設(shè)備中。此電路包括一個(gè)為電子設(shè)備供電的電源。電池充電電路控制電源輸出的輸出電流或其他參數(shù)。反饋電路調(diào)節(jié)電池充電電路的輸出，使輸出電流或其他參數(shù)被保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0021]對(duì)比專(zhuān)利文獻(xiàn):CN203205896U —種電池包充電電路201220737144.1，CN203014466U鋰電池充電電路模塊201320017581.0
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0022]圖1是一種典型的便攜式電子設(shè)備的電源電路的簡(jiǎn)化框圖；
[0023]圖2A示出筆記本電腦的典型功率使用情況，其中外部功率轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)以處理筆記本電腦的峰值功率；
[0024]圖2B和2C示出筆記本電腦的其他典型功率使用情況，其中功率被電池充電電路所限制，以適應(yīng)筆記本電腦在不同的離散電平下工作；[0025]圖3是一種根據(jù)本發(fā)明得到的電源電路，包括為筆記本電腦充電的電池充電電路；
[0026]圖4A和圖4B分別是根據(jù)本發(fā)明的原則設(shè)計(jì)的電池充電電路的一種說(shuō)明性示意圖，其中說(shuō)明性的方框圖使用集成電路制造。
【具體實(shí)施方式】:
[0027]圖1是典型的電源電路10用于便攜式電子設(shè)備的簡(jiǎn)化框圖。系統(tǒng)DC/DC轉(zhuǎn)換器12提供穩(wěn)壓直流電源到設(shè)備電路13，它是便攜式電子設(shè)備的功能電路。例如，在一個(gè)手機(jī)中，電路13可能包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器、無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器、存儲(chǔ)器，以及各種支持電路。在便攜式操作中，設(shè)備電路13由電池14供電。當(dāng)電池14耗盡時(shí)，它可以通過(guò)電池充電器20從AC/DC功率轉(zhuǎn)換器18充電。
[0028]用于為電池14再充電的電源由輸入功率轉(zhuǎn)換器18提供，它可能將電源插座中的AC電能轉(zhuǎn)換成適合用于電池充電器20和DC/DC轉(zhuǎn)換器12的一種形式。另外，輸入功率轉(zhuǎn)換器18也可以是一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器從一個(gè)DC源(例如汽車(chē)點(diǎn)煙器插座)轉(zhuǎn)換電源。如果用于筆記本電腦，AC/DC功率轉(zhuǎn)換器18通常是與電腦分開(kāi)的，但也可以?xún)?nèi)置到筆記本電腦中。例如，功率轉(zhuǎn)換器18可以接受交流電源，并為筆記本電腦提供24伏的直流電源。
[0029]在使用時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器18同時(shí)為DC/DC轉(zhuǎn)換器12和電池充電器20提供電源。二極管22和16作為開(kāi)關(guān)，防止電源通過(guò)電源電路10流入其他不當(dāng)電路。具體而言，二極管22防止功率轉(zhuǎn)換器18是關(guān)閉或斷開(kāi)時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器18和電池充電器20加載到電池14，而二極管16防止功率轉(zhuǎn)換器18為DC/DC轉(zhuǎn)換器12提供電源時(shí)，電池14無(wú)節(jié)制地充電。在許多應(yīng)用中，二極管16和22被實(shí)現(xiàn)為邏輯控制的MOSFET開(kāi)關(guān)，以使得功率轉(zhuǎn)換器18或電池14與DC/DC轉(zhuǎn)換器12之間的電壓降和功率損失最小化。
[0030]通常情況下，功率轉(zhuǎn)換器18是由它的輸出電壓和最大電流能力評(píng)估。例如，功率轉(zhuǎn)換器18可被評(píng)估為最大電流為1.5安培時(shí)可輸出24伏的直流電壓。如果一個(gè)電流高于最大額定電流，這可能會(huì)導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換器18的損壞或可靠性的降低。因此，需要確保便攜式電子設(shè)備的總消耗功率(即由DC/DC轉(zhuǎn)換器12和電池充電器20吸取的功率總和)不超過(guò)功率轉(zhuǎn)換器18的額定輸出功率。
[0031]為了確保不超過(guò)其功率額定值，輸入功率轉(zhuǎn)換器18的輸出功率通常被設(shè)計(jì)得大于DC/DC轉(zhuǎn)換器12和設(shè)備電路13所需的最大總功率。例如，筆記本電腦可能工作在電流需求最大的最壞情況下，此時(shí)筆記本的顯示器在工作、其硬盤(pán)在旋轉(zhuǎn)、它的CPU操作在最大時(shí)鐘速度下。如上所述，設(shè)備電路13在工作時(shí)，電池充電電路20可能被限制在低電池充電速率，以確保不超過(guò)功率轉(zhuǎn)換器18的額定功率。
[0032]圖2A和2B表示兩個(gè)替代先前已知的方法來(lái)設(shè)計(jì)電源10和AC/DC轉(zhuǎn)換器18。在圖2A中，區(qū)域17表示為電池14充電時(shí)輸入到電池充電器20的功率。區(qū)域15表示移動(dòng)設(shè)備電路13需要的功率，它可能隨時(shí)間的變化而不同。例如，功率增加21可能代表筆記本電腦由于硬盤(pán)加速旋轉(zhuǎn)或啟動(dòng)顯示器而增加的功率。通過(guò)設(shè)計(jì)AC/DC轉(zhuǎn)換器18，使得它的功率處理能力限制23被設(shè)置得足夠高，從而能夠容納電池充電電路13所需的最大負(fù)載。然而，正如圖2A中的區(qū)域25所示，AC/DC轉(zhuǎn)換器18的大部分容量未被使用。[0033]如圖2B所示，電池充電器20可以被設(shè)計(jì)，使得它可以工作在兩個(gè)不同的狀態(tài)下。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)中，電池充電器20可以以高速率或低速率對(duì)電池14進(jìn)行充電，這取決于設(shè)備電路13是否開(kāi)啟。例如，如果設(shè)備電路13是關(guān)閉的或者在睡眠狀態(tài)(即減少了功耗)，電池充電器20可以根據(jù)需要從AC/DC轉(zhuǎn)換器18獲得盡可能多的功率。然而，當(dāng)設(shè)備電路13開(kāi)啟(區(qū)域15)時(shí)，電池充電器20被限制使用一個(gè)較小的預(yù)定功率電平。例如，當(dāng)設(shè)備電路13處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，電池充電器20可被限定只為電池14提供一個(gè)小的功率。典型地，電池充電器20根據(jù)設(shè)備電路13中的一個(gè)控制信號(hào)限制電池充電功率。雖然這種設(shè)計(jì)允許AC/DC轉(zhuǎn)換器18被設(shè)計(jì)比圖2A具有較低的額定功率，仍有一些功率被浪費(fèi)(區(qū)域25)。
[0034]過(guò)高的設(shè)計(jì)確保功率轉(zhuǎn)換器18不會(huì)在超過(guò)額定功率下工作，它也保證了它的功率處理能力將充分利用大部分的時(shí)間。因此，這將是一種有利的功率轉(zhuǎn)換器18的設(shè)計(jì)方法。
[0035]例如，在圖2C中，設(shè)備電路13使用的功率(區(qū)域15)被有效地從AC/DC功率轉(zhuǎn)換器18的功率容量中減去。功率極限23和區(qū)域15下面的區(qū)域可用于電池充電電路20。由于電池充電器20可以使用部分或所有的多余功率，AC/DC功率轉(zhuǎn)換器18的功率處理能力可以更有效地被使用，因此，AC/DC功率轉(zhuǎn)換器18可能比已知的現(xiàn)有技術(shù)體積更小、重量更輕，且成本更低。
[0036]如圖2C所示，功率分配安排積極地限制了電池充電器20的功率需求，以確保不超過(guò)AC/DC轉(zhuǎn)換器18的功率極限23。功率限制通過(guò)監(jiān)測(cè)AC/DC轉(zhuǎn)換器18的輸出功率實(shí)現(xiàn)，并且控制電池充電電路20的功率需求以保證輸出功率在安全限度內(nèi)。在一般情況下，輸入功率轉(zhuǎn)換器18具有一個(gè)固定的輸出電壓，以便監(jiān)測(cè)和限制其輸出電流。同時(shí)也限制了功率轉(zhuǎn)換器18的輸出功率。
[0037]圖3示例性地給出用于筆記本電腦的圖1中的電源供應(yīng)電路10的電路。然而，本發(fā)明并不限于這樣的應(yīng)用，本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的原則將容易地得到許多其他的應(yīng)用例子。
[0038]筆記本電腦電源供應(yīng)電路10包括DC/DC轉(zhuǎn)換器12,用于把一個(gè)輸入電壓轉(zhuǎn)換成所要求的各種穩(wěn)壓電壓。例如，DC/DC轉(zhuǎn)換器12可以從圖1中的功率轉(zhuǎn)換器18接收24伏的電壓，并且為筆記本電腦的各個(gè)部分(如集成電路和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器)提供2.9V、3.0V、3.3V、
5.0V或12.0V的直流電壓。DC/DC轉(zhuǎn)換器12的輸入功率根據(jù)外部電源和功率轉(zhuǎn)換器18的可用性，可從功率轉(zhuǎn)換器18或電池14獲得。當(dāng)電源從家庭或辦公室的電源插座獲取時(shí)，功率轉(zhuǎn)換器18從電源插座上接受直流電源，并為轉(zhuǎn)換器12提供直流電源。
[0039]當(dāng)無(wú)法從外部電源方便地獲取功率時(shí)，可充電電池14可通過(guò)阻塞二極管16為DC/DC轉(zhuǎn)換器12提供臨時(shí)的電源。不接外部電源的便攜式電子設(shè)備可以工作的時(shí)間長(zhǎng)度由電池14的容量決定的。最終，電池14可能無(wú)法再向DC/DC轉(zhuǎn)換器12提供足夠的功率，而必須進(jìn)行充電。
[0040]常見(jiàn)的筆記本電腦中，電源電路10包括電池充電電路和DC/DC轉(zhuǎn)換器32、控制電路34。DC/DC轉(zhuǎn)換器32為充電電池14提供電源。
[0041]控制電路34包括用于監(jiān)測(cè)充電電壓和充電電流的反饋回路，并根據(jù)電池14的設(shè)計(jì)以及其放電狀態(tài)控制它們。
[0042]仍參照?qǐng)D3，電流檢測(cè)電阻38、電流檢測(cè)放大器36、誤差放大器44組成一個(gè)反饋回路，用于控制電池14的充電電流。電流檢測(cè)放大器36提供與檢測(cè)電阻38兩端的電壓成比例的輸出電流，并以此代表通過(guò)電阻器38的電流。誤差放大器44產(chǎn)生一個(gè)與電流檢測(cè)放大器36的輸出電流和基準(zhǔn)電壓源46提供的參考電平之間的差值成比例的控制信號(hào)。基于上述控制信號(hào)，DC/DC轉(zhuǎn)換器32的輸出被調(diào)節(jié)以控制電池14的充電電流。
[0043]例如，如果充電電流太低，電阻38兩端的電壓也將很低，電流檢測(cè)放大器36的輸出電流相對(duì)于參考電平較低，從而誤差放大器44的控制信號(hào)將導(dǎo)致DC/DC轉(zhuǎn)換器32輸出更高的電流。
[0044]類(lèi)似地，電阻40和42、誤差放大器48的結(jié)合組成一個(gè)反饋回路，用于監(jiān)測(cè)和控制電池的充電電壓。充電電壓反饋回路維持節(jié)點(diǎn)41的電壓與基準(zhǔn)電壓源46的電壓值相等。電阻40和42形成一個(gè)分壓器，使電池14的電壓與參考電壓46的值大致相等。誤差放大器48提供一個(gè)控制信號(hào)到DC/DC轉(zhuǎn)換器32，此控制信號(hào)取決于節(jié)點(diǎn)41的電壓和參考電壓的差值。該控制信號(hào)被提供給DC/DC轉(zhuǎn)換器32，以保持所需的電池充電電壓。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的原則，第三個(gè)反饋回路被提供以檢測(cè)來(lái)自輸入功率轉(zhuǎn)換器18的電流。電流檢測(cè)放大器54提供一個(gè)與通過(guò)電流檢測(cè)電阻50的電流成比例的信號(hào)。誤差放大器52提供一個(gè)控制信號(hào)到DC/DC轉(zhuǎn)換器32,此控制信號(hào)與電流檢測(cè)放大器54的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓源46之間的差值成正比。因此，當(dāng)通過(guò)電阻50的電流過(guò)高時(shí)，電流檢測(cè)放大器54的輸出相對(duì)于參考電平較高。誤差放大器52從而產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)，使DC/DC轉(zhuǎn)換器32降低充電電流，從而降低從功率轉(zhuǎn)換器18中所汲取的電流。二極管56、58和60防止由誤差放大器44、48和52提供的控制信號(hào)相互干擾，從而使具有最低輸出的誤差放大器控制電池充電DC/DC轉(zhuǎn)換器32的操作。
[0046]第三個(gè)反饋環(huán)路調(diào)節(jié)電池充電DC/DC轉(zhuǎn)換器32的輸出電壓和電流以限制通過(guò)電流檢測(cè)電阻50的總電流。例如，當(dāng)筆記本電腦的顯示器被計(jì)算機(jī)的電源管理系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)DC/DC轉(zhuǎn)換器12提供更低的功率，因此更多的功率可用于電池充電器的DC/DC轉(zhuǎn)換器32。然而，當(dāng)用戶(hù)按下筆記本電腦鍵盤(pán)上的按鍵時(shí)，筆記本電腦重新啟動(dòng)其顯示系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)的DC/DC轉(zhuǎn)換器12提供的功率增加，引起通過(guò)電流感測(cè)電阻50的電流超過(guò)AC/DC轉(zhuǎn)換器18的電流限制。輸入電流反饋環(huán)路然后使電池充電器的DC/DC轉(zhuǎn)換器32減少電池充電電流，從而降低了 DC/DC轉(zhuǎn)換器32的功率需求，并且使由功率轉(zhuǎn)換器18供給的電流在一定限度內(nèi)。
[0047]圖4A是電池充電電路20的說(shuō)明性示意圖，包括集成電路70，它在圖4B中被更詳細(xì)地說(shuō)明。集成電路70包括常規(guī)的電流模式開(kāi)關(guān)的DC/DC轉(zhuǎn)換器，包括觸發(fā)器74、開(kāi)關(guān)電路76、關(guān)機(jī)和保護(hù)電路78。開(kāi)關(guān)電路76與電感110、電容器112、二極管114、肖特基整流器116、電容器140和142相結(jié)合，形成了一個(gè)“巴克”降壓式DC/DC功率轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器接受直流電源輸入(集成電路的引腳20、21和22連接到Vcc)，并在節(jié)點(diǎn)72提供直流穩(wěn)壓輸出。
[0048]在電池充電期間，節(jié)點(diǎn)72的電壓被調(diào)節(jié)，使得電流通過(guò)電流檢測(cè)電阻38為電池14充電。電流檢測(cè)電阻38上的電壓降被集成電路70通過(guò)其SENSE和BAT端(引腳12和14)檢測(cè)。電阻78和80形成補(bǔ)償偏置電流流入集成電路70的SENSE和BAT端，同時(shí)形成電流調(diào)節(jié)環(huán)路的一部分。
[0049]現(xiàn)在參照?qǐng)D4B，集成電路70的SENSE和BAT端連接到電流檢測(cè)放大器82。晶體管84和電流檢測(cè)放大器82構(gòu)成一個(gè)電壓-電流放大器，其特征在于，流經(jīng)晶體管84的集電極電流由感測(cè)電阻38兩端的電壓差決定，即由流過(guò)電流檢測(cè)電阻38 (圖4A)的電流決定。晶體管84的集電極電流因此指示電池的充電電流。
[0050]電流鏡86形成一個(gè)與晶體管84的集電極電流相等的電流，并流經(jīng)內(nèi)部電阻88。假設(shè)放大器118和120輸出低電壓(即集成電路70調(diào)節(jié)充電電流)，則通過(guò)電阻88中的電流都必須流出PROG (引腳19)，并通過(guò)編程電阻89和90 (圖4A)。這導(dǎo)致誤差放大器94反相輸入端上的電壓正比于電池的充電電流。
[0051]當(dāng)放大器94的反相輸入端電壓低于其非反相輸入端電壓時(shí)，即節(jié)點(diǎn)92處的電壓低于參考電壓，誤差放大器94輸出高電平。相反地，當(dāng)節(jié)點(diǎn)92處的電壓高于參考電壓時(shí)，誤差放大器94輸出低電平。
[0052]誤差放大器94的輸出為圖3中的節(jié)點(diǎn)62提供一個(gè)控制電壓。一個(gè)鋸齒波施加到比較器106的非反相輸入端，與節(jié)點(diǎn)104處的電壓比較后，在放大器106的輸出端輸出脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)。該P(yáng)WM信號(hào)被耦合到觸發(fā)器74，以控制開(kāi)關(guān)電路76的操作，從而調(diào)節(jié)DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，即節(jié)點(diǎn)72處的電壓。
[0053]作為一個(gè)例子，考慮充電電流低于所需值的情況。低于所需值的電流將被感測(cè)放大器82通過(guò)電阻38兩端的電壓感測(cè)。晶體管84和電流鏡86將產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)較低的電流流過(guò)內(nèi)部電阻88和外部編程電阻89和90。因?yàn)橥ㄟ^(guò)電阻的電流相對(duì)較低，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)92處的電壓將小于放大器94的非反相輸入端的參考電壓。
[0054]由于節(jié)點(diǎn)92的電壓小于參考電壓,誤差放大器94將輸出一個(gè)較高的電壓,導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)104處的電壓也升高，從而使電壓比較器106的非反相輸入端電壓上升。這延遲了比較器106處的200kHz復(fù)位脈沖，增加了 “開(kāi)啟”的占空比?！伴_(kāi)啟”占空比的增加導(dǎo)致DC/DC轉(zhuǎn)換器32的輸出電壓增加，從而增加了流過(guò)電流檢測(cè)電阻38的電流。類(lèi)似地，過(guò)高的充電電流將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)92的電壓超過(guò)參考電壓，降低誤差放大器94的輸出電壓，減少通過(guò)感測(cè)電阻38的電流。
[0055]根據(jù)前面的描述，很明顯圖4A和4B中的電路控制DC/DC轉(zhuǎn)換器32的輸出(即節(jié)點(diǎn)72)，從而使節(jié)點(diǎn)92處的電壓與參考電壓大致相等。節(jié)點(diǎn)92處的電壓值是外部編程電阻89和90的總和乘以電流鏡86中流過(guò)的電流的函數(shù)。通過(guò)使用各種編程電阻，目標(biāo)充電電流值可被編程到上述電池充電電路。
[0056]同樣，影響內(nèi)部節(jié)點(diǎn)92處電壓的是反饋放大器118和120的輸出。響應(yīng)于其非反相輸入端處的基準(zhǔn)電壓和集成電路70的過(guò)壓端子(0VP，引腳8)之間的關(guān)系，反饋放大器118提供額外的電流流至節(jié)點(diǎn)92。外部電阻40和42形成一個(gè)分壓器，使電池14所需的最大電壓值約等于參考電壓。
[0057]例如，如果OVP端子的電壓(由電阻40和42分壓形成)超過(guò)參考電壓，則誤差放大器118提供額外的電流到節(jié)點(diǎn)92，使節(jié)點(diǎn)92處的電壓增加，從而降低節(jié)點(diǎn)104處的閾值電壓。較低的閾值電壓降低了由比較器106輸出的PWM復(fù)位信號(hào)的延遲,導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電路76的占空比減小。其結(jié)果是節(jié)點(diǎn)72處的電壓將降低，同樣地，OVP處的電壓也將降低。因此，放大器118和它的相關(guān)電路用于限制施加到電池14的電壓至一個(gè)由電阻40和42決定的值。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的原則，第三個(gè)反饋環(huán)路包括電流檢測(cè)電阻50和放大器120，根據(jù)AC/DC電源轉(zhuǎn)換器18的輸出調(diào)節(jié)DC/DC變換器32。放大器120根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器18的輸出電流提供額外的電流到節(jié)點(diǎn)92。上述輸出電流由放大器120感測(cè)為電流檢測(cè)電阻50兩端的電壓降。如果電壓降超過(guò)恒定電壓源122提供的IOOmV偏移量，放大器120將通過(guò)二極管124提供額外的電流到節(jié)點(diǎn)92。因此，節(jié)點(diǎn)92處的電壓將增加，導(dǎo)致它超過(guò)放大器94的非反相輸入端的參考電壓。正如前面的段落所述，提高節(jié)點(diǎn)92處的電壓將導(dǎo)致導(dǎo)通占空比的降低，從而減少了 DC/DC轉(zhuǎn)換器32的功率。因此，第三個(gè)反饋環(huán)路調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電路76，以限制功率轉(zhuǎn)換器18的最大電流。為了適應(yīng)不同的功率轉(zhuǎn)換器，電阻50的值可被選擇，使得在所需的電流時(shí)電阻50兩端的電壓降約100mV。
[0059]總體而言，圖4A和圖4B中的電池充電電路20為DC/DC轉(zhuǎn)換器32的輸出(即節(jié)點(diǎn)72)提供了一個(gè)穩(wěn)定的電壓。電壓調(diào)節(jié)是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)電路76的導(dǎo)通占空比實(shí)現(xiàn)的。導(dǎo)通占空比是由節(jié)點(diǎn)104處的電壓、放大器94和節(jié)點(diǎn)92處的電壓所確定的。反過(guò)來(lái)，節(jié)點(diǎn)92處的電壓值是(I)放大器82所確定的充電電流、(2)放大器118所確定的電池電壓和(3)放大器120所確定的功率轉(zhuǎn)換器輸出電流的函數(shù)。
[0060]附加在圖4A和4B中的各電路器件提供了各種配套和代償功能。例如，晶體管126提供了一種啟用和禁用充電電路20的方法。一個(gè)CHG_ENABLE處的信號(hào)導(dǎo)通晶體管126，有效接地使集成電路70的Vc端接地。因?yàn)閂c端子接地，所以節(jié)點(diǎn)104處的電壓將不會(huì)超過(guò)放大器108設(shè)置的電壓閾值，所以開(kāi)關(guān)電路76將保持關(guān)閉狀態(tài)。同樣因?yàn)閂c端子接地，電容96和電阻100形成一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，用于穩(wěn)定反饋環(huán)路，從而防止控制回路振蕩。圖4A還包括電容128、134、136和138，它們提供額外的頻率補(bǔ)償和濾波功能。
[0061]盡管本發(fā)明已通過(guò)具體的例子(便攜式筆記本電腦)體現(xiàn)，但是上述例子只是為了說(shuō)明本發(fā)明而不應(yīng)限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，只要沒(méi)有脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)并且符合權(quán)利要求中的定義，在上述例子上做適當(dāng)修改仍屬本發(fā)明的范疇。例如，編程電阻89和90、電壓調(diào)節(jié)電阻40和42可以被替換為或結(jié)合數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，以允許主機(jī)微處理器根據(jù)設(shè)計(jì)的電池14對(duì)電流和電壓進(jìn)行編程。
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，其特征是:包括一個(gè)用于從電源接收能量的輸入端；一個(gè)為電池提供能量的輸出端；監(jiān)測(cè)至少一個(gè)參數(shù)的感測(cè)電路；耦合到輸入端、輸出端和感測(cè)電路的調(diào)節(jié)電路，它根據(jù)監(jiān)測(cè)的參數(shù)調(diào)節(jié)電池充電電路輸出端的電壓或電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，其特征是:上述調(diào)節(jié)電路根據(jù)預(yù)定的電池充電電壓和電流的值，調(diào)節(jié)輸出到電池的充電電壓和電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，其特征是:上述調(diào)節(jié)電路包括用于調(diào)節(jié)輸出端的電壓和電流的電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，其特征是:至少一個(gè)參數(shù)是電源的輸出電流；上述預(yù)定值是一個(gè)的電源的最大電流額定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，其特征是:上述調(diào)節(jié)電路包括響應(yīng)至少一個(gè)參數(shù)，以保證至少一個(gè)參數(shù)不超過(guò)預(yù)定限制值的電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，其特征是:該電路包括一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器，其輸入端耦合到電源的輸出，輸出端耦合到電池，該功率轉(zhuǎn)換器將電源提供的電能轉(zhuǎn)換為用于對(duì)電池充電的一種合適形式；第一個(gè)反饋電路耦合到功率轉(zhuǎn)換器，根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器輸出處的電壓控制功率轉(zhuǎn)換器；第二個(gè)反饋電路也耦合到功率轉(zhuǎn)換器，根據(jù)功率轉(zhuǎn)換器輸出處的電流控制功率轉(zhuǎn)換器；第三個(gè)反饋電路耦合到電源和功率轉(zhuǎn)換器，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的參數(shù)控制功率轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，其特征是:上述預(yù)定的多個(gè)參數(shù)包括電源輸出處的電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，其特征是:其中第三個(gè)反饋電路控制功率轉(zhuǎn)換器，以保證電源的輸出電流不超過(guò)預(yù)定值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)節(jié)電流的電池充電電路，其特征是:此電池充電電路用于便攜式電子設(shè)備中，它包括:第一個(gè)節(jié)點(diǎn)耦合到便攜式電子設(shè)備電源的外部；第二個(gè)節(jié)點(diǎn)耦合到一個(gè)電池；第三個(gè)節(jié)點(diǎn)耦合到上述第一和第二個(gè)節(jié)點(diǎn)；電池充電電路包括:反饋電路耦合到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)電源的輸出參數(shù)提供一個(gè)控制信號(hào)；調(diào)節(jié)電路耦合到第一、第二個(gè)節(jié)點(diǎn)和反饋電路，為電池提供能量，此提供到電池的能量被上述控制信號(hào)調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】H02J7/04GK203562821SQ201320763801
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:蘇州貝克微電子有限公司